陶瓷3D打印技术解析

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　　陶瓷是一种传统的无机材料，精美实用，已经有了上千年的历史。硬而脆的特点使陶瓷材料加工成形尤其困难，传统陶瓷制备工艺只能制造简单三维形状的产品，而且成本高、周期长。陶瓷3D打印技术的发展使复杂陶瓷产品制备成为可能，3D打印技术所具有的操作简单、速度快、精度高等优点给陶瓷注入了新的活力。国外已有很多研究，出现了3DCeram、Lithoz等专注陶瓷3D打印的公司。目前国内陶瓷3D打印技术还不够成熟，清华大学、西安交通大学等科研单位正在钻研，也涌现出了十维科技等敢于探索的企业。

　　材料及应用

　　陶瓷材料具有高强度、高硬度、耐高温、低密度、化学稳定性好、耐腐蚀等优异特性，是三大固体材料之一。目前陶瓷3D打印制备的主要有氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、磷酸钙陶瓷等。

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用途广泛的陶瓷材料

　　陶瓷3D打印可以制备结构复杂、高精度的多功能陶瓷，在建筑、工业、医学、航天航空等领域将会得到广泛的应用，在陶瓷形芯、骨科替代物、催化器等方向具有很好的应用前景，将给我们的生活带来巨大改变。

配料

根据成形技术和最终的性能要求，选择合适的原材料，一般包括陶瓷粉末、粘结剂、添加剂，按一定比例混合均匀。

用于3D打印的陶瓷材料形态包括：

浆料，陶瓷成分与其他溶剂及添加剂的混合物，通过物理、化学的方式成形；

陶瓷丝材，用于熔融堆积工艺；

陶瓷粉末，陶瓷粉末、矿化物、粘结剂等的混合物，用于激光烧结、粘接等；

陶瓷薄片，片压成形、粘接。

3D打印成形

使用3D打印技术实现陶瓷零件成形，得到特定形状结构的陶瓷坯体。具体方法见后文对各种陶瓷3D打印成形技术的介绍。

坯体后处理

对陶瓷坯体进行清洗、表面增强、修复、干燥等后处理，使坯体的强度、精度等性能达到要求，有利于之后的热处理环节。

脱脂和烧结

将完好的坯体放入炉子中，按照设定好的温度制度、焙烧气氛和压力进行热处理。这个过程分为两个阶段：加热到600多℃脱去坯体中的有机物，这是十分敏感容易出现缺陷的阶段；加热到1000多℃实现致密化、形成陶瓷，这是晶粒长大、晶界形成、实现陶瓷强度的过程，决定着制品的最终性能。烧结完成等冷却后便可得到最终的陶瓷产品了。